饒　頂/仲大慶/孫歡歡

(1.中國電子系統(tǒng)工程第二建設(shè)有限公司，江蘇 無錫 214000; 2.揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

?

建筑電氣系統(tǒng)中的節(jié)能設(shè)計(jì)研究

饒頂1/仲大慶1/孫歡歡2

(1.中國電子系統(tǒng)工程第二建設(shè)有限公司，江蘇 無錫 214000; 2.揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

0　引言

建筑節(jié)能涉及的內(nèi)容較為廣泛，其中建筑電氣節(jié)能是最為關(guān)鍵的一部分[1]。日益增大的電能需求量和有限的可利用電能資源，使得建筑電氣節(jié)能技術(shù)的研究尤為重要[2-3]。建筑電氣的節(jié)能設(shè)計(jì)是指在保證用電安全并滿足建筑物功能要求的基礎(chǔ)上,對(duì)變壓器、電動(dòng)機(jī)、空調(diào)、電梯、照明等能耗系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視與管理，以提高設(shè)備的利用情況與管理水平，并且對(duì)其進(jìn)行有效、科學(xué)的控制管理來實(shí)現(xiàn)電能利用率的提高，降低項(xiàng)目的投資運(yùn)行成本，最終達(dá)到緩解資源緊張和減少環(huán)境污染的目的[4]。文中分析了建筑電氣系統(tǒng)中幾個(gè)主要的能耗環(huán)節(jié)，提出了一套基本設(shè)備的選擇和運(yùn)行的節(jié)能設(shè)計(jì)方案。

1　電力變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)

1.1節(jié)能型變壓器的選擇

GB 20052-2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級(jí)》中詳細(xì)地劃分了一定容量范圍內(nèi)的油浸式變壓器和干式變壓器的能效等級(jí)。其中，1級(jí)產(chǎn)品自身功率損失最低，節(jié)能效果最優(yōu)，能夠達(dá)到目前我國對(duì)變壓器節(jié)能的最高要求。在實(shí)際選擇中，油浸式和干式變壓器設(shè)備都應(yīng)達(dá)到限定標(biāo)準(zhǔn)中的最低要求，即3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。若要保證變壓器設(shè)備的節(jié)能要求，那么這兩類變壓器的相關(guān)功率損耗指標(biāo)均應(yīng)不高于限定標(biāo)準(zhǔn)中的2級(jí)[5-6]。

變壓器普遍采用的軟磁金屬材料為硅鋼片，非晶合金是現(xiàn)在最有可能代替硅鋼片的金屬材料[8]，相比于硅鋼片，非晶合金的性能指標(biāo)更好，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在強(qiáng)度、導(dǎo)磁、磨損、抗腐蝕、電流通過率等方面。若將熱軋硅鋼片的單位損耗視為100%，經(jīng)冷軋工藝處理后，其單位損耗為32%，而非晶合金只有7%。因此，將非晶材料用于變壓器設(shè)備中是目前國際公認(rèn)的發(fā)展方向[9]。

1.2并列變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式

表1　負(fù)荷經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間表

此外，為使整個(gè)電力系統(tǒng)有功損耗達(dá)到最小，可根據(jù)系統(tǒng)的供電情況與用戶的用電規(guī)律合理安排用戶使用時(shí)間，鼓勵(lì)用戶低峰用電。這樣可大大降低變壓器能耗，達(dá)到節(jié)能目的[10]。

1.3變壓器的節(jié)能改造

可將變壓器的節(jié)能改造分為三種形式，即降容、保容與增容。當(dāng)前主要采用的是變壓器降容節(jié)能改造，其改造原理是通過增加線圈的匝數(shù)來減少鐵芯的磁通密度，以此來降低變壓器單位損耗。變壓器保容節(jié)能改造可通過四種方式完成，即同時(shí)改造線圈和鐵心法、更換鐵心改造法、用鋁線替換銅線法、換心體改制法[7]。

2　照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1照明系統(tǒng)的光源選擇

以“照明領(lǐng)域新革命的開始”著稱的LED具有耐用、環(huán)保、高顯色性和高效節(jié)能的特點(diǎn)，是照明系統(tǒng)中優(yōu)先選擇的光源[11]。

2.2照明燈具的布置

燈具的布置步驟為：(1)確定房間的開間、進(jìn)深、裝修后燈具與地面的距離、作業(yè)面與燈具的距離。(2)選擇主要光源類型，根據(jù)生產(chǎn)商提供的燈具、指標(biāo)來完成其他設(shè)定值的選取。(3)通過照明計(jì)算軟件求出房間平均照度，將數(shù)據(jù)與GB 50034-2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，確保偏差在±10%以內(nèi)；用軟件計(jì)算功率密度值，并將該數(shù)據(jù)與GB 50034-2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)應(yīng)的節(jié)能參數(shù)相比，確保滿足平均照度的房間達(dá)到節(jié)能指標(biāo)[12]。

2.3智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智能照明利用了聲、電、光等感應(yīng)技術(shù)來自動(dòng)控制系統(tǒng)的開與閉，具有一定的節(jié)能效果。將此設(shè)計(jì)方案與手動(dòng)、自動(dòng)控制進(jìn)行融合，使用習(xí)慣不變且增加了許多服務(wù)功能[13-14]。使之能在提供舒適照度前提下，最大限度地降低系統(tǒng)的耗電量，對(duì)辦公、酒店等高耗能建筑起到明顯的節(jié)能效果。

智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟：(1)明確技術(shù)要求；(2)選擇合適控制策略；(3)選取對(duì)應(yīng)控制產(chǎn)品；(4)規(guī)范布局、記錄；(5)安裝與調(diào)試。

3　中央空調(diào)控制系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

3.1冷卻水系統(tǒng)變頻調(diào)速設(shè)計(jì)

冷卻水系統(tǒng)是通過采集與分析空調(diào)主機(jī)的進(jìn)/出水的溫差數(shù)據(jù)和入水的溫度數(shù)據(jù)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的自動(dòng)調(diào)節(jié)。進(jìn)水溫度與環(huán)境溫度、風(fēng)機(jī)性能有關(guān)，并非恒定值，若只采用溫差方式調(diào)節(jié)，則不能確保系統(tǒng)調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確度，若將溫度差設(shè)定為定值，則水泵的轉(zhuǎn)速一定，與進(jìn)水溫度無關(guān)。增加入水溫度調(diào)節(jié)后，若入水溫度高，溫差值則能及時(shí)做出下降調(diào)整，確保中央空調(diào)制冷效果；若入水溫度低，則溫差值能夠相應(yīng)調(diào)高，保證了能源節(jié)約的效果。如圖1所示，通過自動(dòng)控制的方式，輸入對(duì)應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，可達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能控制的目的[15-16]。

圖1　冷卻水系統(tǒng)的自動(dòng)變頻調(diào)節(jié)圖

3.2冷凍水系統(tǒng)變頻調(diào)速設(shè)計(jì)

冷凍水系統(tǒng)通過采集和分析冷凍泵和冷凍主機(jī)的進(jìn)/出水兩端溫差和壓差來實(shí)現(xiàn)水泵自動(dòng)調(diào)節(jié)[17]。如圖2所示，其中壓差信號(hào)反映了冷凍泵回出水間的壓差，溫差信號(hào)則反映了冷凍主機(jī)回出水的溫差。若室內(nèi)溫度有變化，溫度差信號(hào)將產(chǎn)生相應(yīng)的變化，則冷凍泵將在變頻器的控制下進(jìn)行對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)[18-19]；而當(dāng)建筑內(nèi)部溫度較低時(shí)，會(huì)出現(xiàn)溫度差信號(hào)值小于標(biāo)準(zhǔn)水平的現(xiàn)象，那么冷凍泵會(huì)自動(dòng)減小輸出的功率以達(dá)到節(jié)能的效果；若壓力差信號(hào)發(fā)生變化，表示水泵輸出功率不足，需要提高水泵輸出功率來確保建筑室內(nèi)空氣的調(diào)節(jié)效果[20]。

圖2　冷凍水系統(tǒng)的自動(dòng)變頻調(diào)節(jié)圖

4　結(jié)束語

本文研究了建筑電氣的三個(gè)環(huán)節(jié)并提出了節(jié)能設(shè)計(jì)方案。方案中選擇采用非晶合金的變壓器，并聯(lián)運(yùn)行方式，利用變壓器的合理組合實(shí)現(xiàn)最佳節(jié)能效果。在照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中有效使用LED光源，用不同的燈具布置方案裝飾不同的功能房間，采用智能照明控制方式。在節(jié)能控制設(shè)計(jì)中央空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，對(duì)冷凍泵、冷卻泵分別進(jìn)行變頻改造以達(dá)到自控目的。

[1]崔衛(wèi)波.淺談建筑節(jié)能設(shè)計(jì)和節(jié)能改造要點(diǎn)[J].科技信息.2011,25:723-793.

[2]張健.建筑節(jié)能的技術(shù)措施及其效果[J].中華民居(下旬刊).2013,02: 119-120.

[3]劉軍．建筑電氣節(jié)能措施及應(yīng)用分析[J]．中國科技縱橫,2014(06):17.

[4]辜海濤.電氣設(shè)計(jì)中節(jié)能技術(shù)措施.建材與裝飾.2008,(5):368-370.

[5]周先哲.變壓器損耗計(jì)算方法的研究[J].電力需求側(cè)管理.2013,06:11-14.

[6]黃小平.變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本分析方法及應(yīng)用[J].電氣技術(shù).2007,S1:45-48.

[7]陳玉成.從更新變壓器看節(jié)電潛力和社會(huì)綜合效益[J].廣播電視信息.2010,08:87-90.

[8]徐丹.配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式研究[D].華北電力大學(xué),2013.

[9]劉照林.不等容量變壓器并列運(yùn)行條件與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的確定方法[J].山西電力.2013,04: 40-43.

[10]楚清河,馬建華,聶貞.不同容量雙繞組變壓器并列經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的探究[J].變壓器.2011,07:66-69.

[11]建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)講座.《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》編寫組.北京：中國建筑工業(yè)出社.2004,12.

[12]吳玉琦,劉暢,李諾等．OLED 照明的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)研究[J]．中國照明電器，2009( 11): 5-9．

[13]CJJ45-2006 城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2007.

[14]趙睿.i-bus KNX智能建筑控制系統(tǒng)在HVAC控制中的應(yīng)用[J].中國儀器儀表.2008,06:39-41.

[15]陳曉勇.變頻技術(shù)在中央空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)改造中的應(yīng)用[J].山西建筑.2008,32:169-170.

[16]吳俊峰,張秀平,張朝暉等.中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造方案的節(jié)能量測量及驗(yàn)證方法初探[J].制冷與空調(diào).2013,09:78-83.

[17]劉磅等.中央空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能整體解決方案[J].機(jī)電工程技術(shù).2012,41(2):53-58.

[18]P.Rafajdus,P.Braciník,V.Hrabovcová.The Current Transformer Parameters Investigation and Simulations[J].Electronics and Electrical Engineering.2010,100(4): 29-32.

[17]Islam,Asif,Khan,Shahidul Islam,Hoque,Aminul.Detection of Mechanical Deformation in Old Aged Power Transformer Using Cross Correlation Co-Efficient Analysis Method[J].Energy and Power Engineering,2011,34.

[19]肖麗萍等.中央空調(diào)變頻調(diào)速節(jié)能控制的幾個(gè)問題[J].貴州科學(xué).2012,30(2):72-75.

[20]劉大公.試論中央空調(diào)系統(tǒng)中節(jié)能的幾個(gè)途徑[J].山西建筑,2012,38(6):136-137.

Energy-saving Design and Research in Building Electrical Systerm

Rao Ding/Zhong Daqing/Sun Huanhuan

通過歸納總結(jié)建筑電氣的節(jié)能問題，重點(diǎn)分析了建筑電氣系統(tǒng)中的三個(gè)主要耗能環(huán)節(jié)，即電力變壓器、照明系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)；對(duì)設(shè)備的選擇與運(yùn)行，提出了完善的電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方案。

電氣節(jié)能設(shè)計(jì)變壓器照明系統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)

Through summarizing the problems of building electrical energy saving,three major energy consuming sectors in building electrical system are analyzed,including power transformer,lighting system and central air conditioning system.And for the selection and operation of the equipments,an energy-saving design plan for electrical system is proposed.

electrical energy-saving design，transformer，lighting system，central air conditioning system